無機膜を用いた環境調和型反応分離プロセスの構築

利用无机膜构建环境友好的反应分离工艺

• 批准号: 02J09167
• 负责人: 長谷川 泰久
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2003)Kyushu University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J09167/
• 关键词: ゼオライト; メンブレン; イオン交換; 分離; 触媒; 水素; 一酸化炭素; 燃料電池; 無機膜; 水素燃料; 触媒膜

水熱合成法を用いて多孔質α-アルミナ支持管の外表面に作製したゼオライト膜に,イオン交換法によりPtを担持させてPt担持Y型ゼオライト膜(以下,触媒膜)を作製した。この触媒膜が,水素分離能と一酸化炭素の触媒酸化活性を有していることを見出し,燃料電池に用いられる改質水素燃料の浄化に利用した。従来から水素分離膜として知られるパラジウム膜(分離係数は10,000以上)と比べて,触媒膜の水素分離能(分離係数は約10)は非常に小さかったが,触媒膜を透過する一酸化炭素を選択的に酸化することによって,一酸化炭素濃度を目標値である10ppm以下に低減することに成功した。膜分離は,膜の両表面の濃度差を駆動力としていること,および一酸化炭素濃度の減少とともに一酸化炭素の酸化反応速度が増大することが原因であると考え,触媒膜の性能を定量的に評価するための透過モデルを提案した。本モデルは,一昨年度提案した反応を伴わないゼオライト膜の透過モデルに,触媒反応速度を考慮した数式モデルである。本モデルを用いることにより,触媒膜内における濃度勾配および一酸化炭素の反応速度を推測したところ,上記の考察を裏付ける計算結果が得られた。本研究は,これまで分離性能だけが着目されて開発されてきた無機膜に触媒活性を集積化した触媒膜に関する研究であり,国際的に見ても先駆的な研究であっただけでなく,初めてその性能を評価・解析するための数式モデルを提案した。

使用水热合成方法，在多孔α-铝酸支撑管的外表面制备了PT支撑的Y型沸石膜（以下称为催化剂膜），并且PT由离子交换方法支撑。发现该催化剂膜具有一氧化碳的氢分离能力和催化氧化活性，并用于净化燃料电池中使用的改革氢燃料。与钯膜（分离系数为10,000或以上）相比，称为氢分离膜，催化剂膜的氢分离能力（约10个分离系数）非常小，但是通过选择性地氧化碳一氧化碳通过催化膜或碳纤维浓度较少的碳氧化碳渗透性，或者是成功的量。膜分离被认为是由于膜的两个表面之间的浓度差异作为驱动力，以及一氧化碳的氧化反应速率随碳一氧化碳浓度的降低而增加，并提出了渗透模型以定量评估催化剂膜的性能。该模型是一个数学模型，它考虑了不涉及反应的沸石膜渗透模型的催化反应速率，该模型是去年提出的。使用该模型，我们估计了催化剂膜中一氧化碳的浓度梯度和反应速率，并获得了支持上述考虑的结果。这项研究是对催化剂膜的研究，该研究将催化活性整合到无机膜中，这些膜仅考虑到分离性能，不仅是一项以国际术语进行开创性的研究，而且还提出了一种用于首次评估和分析其性能的数学模型。

项目成果

長谷川 泰久: "Separation of CO_2-CH_4 and CO_2-N_2 Systems Using Ion-Exchanged FAU-type Zeolite Membranes with Different Si/Al Ratios"Korean Journal of Chemical Engineering. 19・2. 309-313 (2002)

长谷川康久：“使用不同 Si/Al 比例的离子交换 FAU 型沸石膜分离 CO_2-CH_4 和 CO_2-N_2 系统”，韩国化学工程学报 19・2（2002 年）。

長谷川 泰久: "Oxidation of CO in hydrogen-rich gas using a novel membrane combined with a microporous SiO_2 layer and a metal-loaded γAl_2O_3 layer"Applied Catalysis A : General. 225. 109-115 (2002)

Yasuhisa Hasekawa：“使用与微孔 SiO_2 层和负载金属的 γAl_2O_3 层相结合的新型膜氧化富氢气体中的 CO”，应用催化 A：综述 225. 109-115 (2002)。

長谷川 泰久: "The influence of feed composition on CO oxidation using zeolite membranes loaded with metal catalysts"Microporous and Mesoporous Materials. 53. 37-43 (2002)

Yasuhisa Hasekawa：“进料组成对使用负载金属催化剂的沸石膜进行 CO 氧化的影响”微孔和介孔材料。 53. 37-43 (2002)。

外輪 健一郎: "Enhancement of CO oxidation by use of H_2-selective membranes impregnated with noble-metal catalysts"International Journal of Hydrogen Energy. 27. 339-346 (2002)

Kenichiro Somowa：“使用贵金属催化剂浸渍的 H_2 选择性膜增强 CO 氧化”国际氢能杂志 27. 339-346 (2002)。

長谷川 泰久: "無機触媒膜の開発"化学装置. 44・2. 88-94 (2002)

长谷川泰久：“无机催化剂膜的开发”化学设备44・2（2002）。